儀器分析精選習(xí)題及答案

1、儀器分析精選習(xí)題集及答案第二章 氣相色譜分析2-2 氣相色譜儀的基本設(shè)施包括哪幾部分？各有什么作用？答：氣相色譜儀包括五個部分：（1）載氣系統(tǒng)，包括氣源、氣體凈化、氣體流速控制和測量；作用：向分析系統(tǒng)提供流動相（載氣），并保證其純度，控制載氣的流速與壓力，以使其可正常工作。（2）進(jìn)樣系統(tǒng)，包括進(jìn)樣器、氣化室； 作用：試樣注入進(jìn)樣器中，經(jīng)氣化室瞬間氣化為氣體，由不斷通過的載氣攜帶進(jìn)入色譜柱。（3）色譜柱和柱箱，包括溫度控制裝置； 作用：在色譜柱中充滿固定相，當(dāng)載氣攜組分流經(jīng)時，由于不同組分與固定相吸附作用大小不同，其保留值不同，從而可將各組分在色譜柱中分離。溫度控制裝置用來控制色譜柱溫度，以配合

2、流速，組分性質(zhì)等將組分更好分離。（4）檢測系統(tǒng)，包括檢測器、檢測器的電源及控溫裝置； 作用：調(diào)節(jié)溫控裝置控制溫度，當(dāng)各組分先后進(jìn)入檢測器時，檢測器可將組分濃度或質(zhì)量變化轉(zhuǎn)化為電信號（5）記錄系統(tǒng)，包括放大器、記錄儀，有的儀器還有數(shù)據(jù)處理裝置； 作用：由于電信號會很小，所以經(jīng)過放大器，將電信號放大并通過記錄儀顯示信號，記錄數(shù)據(jù)。2-20 在一根2m的長的硅油柱上，分析一個混合物，得下列數(shù)據(jù)：苯、甲苯及乙苯的保留值時間分別為1，20，、2，2，及3，1，；半峰寬為0.211cm，0.291cm及0.409cm,已知記錄紙速為1200mm·h-1，求色譜柱對各種組分的理論塔板數(shù)及塔板高度。

3、解：記錄紙速：F=1200mm·h-1= cm·s -1統(tǒng)一tR與Y1/2的單位：tR1=80s×cm·s -1= cmtR2=122s×cm·s -1=cmtR3=181s×cm·s -1=cm對組分苯：n1=5.54=5.54×885H1=2.26mm對組分甲苯：n2=5.54 =5.54×1082H2=1.85mm對組分乙苯：n3=5.54 =5.54×1206H3=1.66mm2-21 在一根3m長的色譜柱上，分離一試樣，得如下的色譜圖及數(shù)據(jù)：（1）用組分2計算色譜柱的理論塔板

4、數(shù)；（2）求調(diào)整保留時間tR1 及tR2；（3）若需達(dá)到分離度R=1.5，所需的最短柱長為幾米？解：（1）對組分2，tR2=17min，Y=1min ，tM=1min n2=16 =16×=4624（2） tR1= tR1tM=14min1min=13mintR2= tR2tM=17min1min=16min（3） = = n有效=16R2 =16×1.52×=1024H有效=0.732mmLmin= n有效·H有效=1024×0.732mm=0.75m2-25丙烯和丁烯的混合物進(jìn)入氣相色譜柱得到如下數(shù)據(jù)：計算：（1）丁烯在這個柱上的分配比是多

5、少？（2）丙烯和丁烯的分離度是多少？解：（1）對丁烯 tR2=4.8min ，tM=0.5min分配比 k=8.6(2)R=1.442-26 某一氣相色譜柱，速率方程式中A，B和C的值分別是0.15cm，0.36cm2·s-1和4.3×10-2s，計算最佳流速和最小塔板高度。解：最佳流速 u最佳=2.89 cm2·s-1最小塔板高度 H最小=A+2 =0.15cm+2 cm=3.99cm2-30 有一試樣含甲酸、乙酸、丙酸及不少水、苯等物質(zhì)，稱取此試樣1.055g。以環(huán)己酮作內(nèi)標(biāo)，稱取0.1907g環(huán)己酮，加到試樣中，混合均勻后吸取此試液3uL進(jìn)樣，得到色譜圖。從

6、色譜圖上測得的各組分峰面積及已知的S值如下表所示： 求甲酸、乙酸、丙酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。解：甲酸：f甲酸= W甲酸= f甲酸×100%= ×××100%=7.71%乙酸：f乙酸= = W乙酸= f乙酸×100%= ×××100%=17.56%丙酸：f丙酸= = W丙酸= f丙酸×100%=×××100%=6.14%第三章 高效液相色譜分析3-1 從分離原理、儀器構(gòu)造及應(yīng)用范圍上簡要比較氣相色譜及液相色譜的異同點。 答：（1）分離原理：相同點：氣相色譜和液相色譜都是使混合物中各組分在

7、兩相間進(jìn)行分配。當(dāng)流動相中所含混合物經(jīng)過固定相時，會與固定相發(fā)生作用。由于各組分性質(zhì)與結(jié)構(gòu)上的差異，不同組分在固定相中滯留時間不同，從而先后以不同的次序從固定相中流出來；異同點：氣相色譜的流動相為氣體，液相色譜的流動相為液體。 （2）儀器構(gòu)造：相同點：氣相色譜和液相色譜都具有壓力表，進(jìn)樣器，色譜柱及檢測器；異同點：液相色譜儀有高壓泵和梯度洗提裝置。注液器中貯存的液體經(jīng)過濾后由高壓泵輸送到色譜柱入口，而梯度洗提裝置則通過不斷改變流動相強(qiáng)度，調(diào)整混合樣品各組分k值，使所有譜帶都以最佳平均k值通過色譜柱。 （3）應(yīng)用范圍：相同點：氣相色譜和液相色譜都適用于沸點較低或熱穩(wěn)定性好的物質(zhì)；異同點：而沸點太

8、高物質(zhì)或熱穩(wěn)定性差的物質(zhì)難用氣相色譜法進(jìn)行分析，而液相色譜法則可以。3-4液相色譜法有幾種類型？它們的保留機(jī)理是什么？在這些類型的應(yīng)用中，最適宜分離的物質(zhì)是什么？ 答：液相色譜法的類型有：液液分配色譜法、化學(xué)鍵合色譜法、液固色譜法、離子交換色譜法、離子對色譜法、空間排阻色譜法等。其中，（1）液液分配色譜法保留機(jī)理是：試樣組分在固定相和流動相之間的相對溶解度存在差異，因而溶質(zhì)在兩相間進(jìn)行分配。分配系數(shù)越大，保留值越大；適用于分離相對分子質(zhì)量為200到2000的試樣，不同官能團(tuán)的化合物及同系物等。（2）化學(xué)鍵合色譜法保留機(jī)理和最適宜分離的物質(zhì)與液液分配色譜法相同。 （3）液固色譜法保留機(jī)理是：根據(jù)

9、物質(zhì)吸附作用不同來進(jìn)行分離，作用機(jī)制是溶質(zhì)分子和溶劑分子對吸附劑活性表面的競爭吸附。如果溶劑分子吸附性更強(qiáng)，則被吸附的溶質(zhì)分子相應(yīng)的減少；適用于分離相對分子質(zhì)量中等的油溶性試樣，對具有不同官能團(tuán)的化合物和異構(gòu)體有較高的選擇性。 （4）離子交換色譜法保留機(jī)理是：基于離子交換樹脂上可電離的離子與流動相具有相同電荷的溶質(zhì)離子進(jìn)行可逆交換，依據(jù)這些離子對交換劑具有不同親和力而將它們分離；適用于凡是在溶劑中能夠電離的物質(zhì) （5）離子對色譜法保留機(jī)理是：將一種（或多種）與溶質(zhì)分子電荷相反的離子加到流動相中，使其與溶質(zhì)離子結(jié)合形成疏水型離子化合物，從而控制溶質(zhì)離子的保留行為；適用于各種強(qiáng)極性的有機(jī)酸，有機(jī)堿

10、的分離分析。 （6）空間排阻色譜法保留機(jī)理是：類似于分子篩作用，溶質(zhì)在兩相之間按分子大小進(jìn)行分離，分子太大的不能今年、進(jìn)入膠孔受排阻，保留值?。恍〉姆肿涌梢赃M(jìn)入所有膠孔并滲透到顆粒中，保留值大；適用于分子量大的化合物（如高分子聚合物）和溶于水或非水溶劑，分子大小有差別的試樣。3-5 在液液分配色譜中，為什么可分為正相色譜及反相色譜？ 答：在液液分配色譜法中，一般為了避免固定液的流失，對于親水性固定液常采用疏水性流動相，即流動相的極性小于固定相的極性，這種情況稱為正相液液分配色譜法；反之，若流動相極性大于固定相的極性，則稱為反相液液分配色譜法。正相色譜和反相色譜的出峰順序彼此正好相反。3-8 何

11、為梯度洗提？它與氣相色譜中的程序升溫有何異同之處？ 答：所謂梯度洗提，就是載液中含有兩種（或多種）不同極性的溶劑，在分離過程中按一定的程序連續(xù)變化改變載液中溶劑的配比極性，通過載液中極性的變化來改變被分離組分的分離因素從而使流動相的強(qiáng)度、極性、PH值或離子強(qiáng)度相應(yīng)的變化以提高分離效果。它的作用相當(dāng)于氣相色譜中的程序升溫，不同的是，k值的變化是通過流動相的極性、PH值或離子強(qiáng)度的改變來實現(xiàn)的。而氣相色譜的程序升溫是按預(yù)定的加熱速度隨時間作線性或非線性的增加，是連續(xù)改變溫度；相同的是它們的作用都是通過改變被分離組分的分離因素，提高分離效果。第八章 原子吸收光譜分析8-2 何謂銳線光源？在原子吸收光

12、譜分析中為什么要用銳線光源？答：所謂銳線光源就是能發(fā)射出譜線半寬度很窄的發(fā)射線的光源；在原子吸收光譜分析中，由于原子吸收線的半寬度很小，要測量這樣一條半寬度很小的吸收線的積分吸收值，就需要有分辨率高達(dá)五十萬的單色器。這在目前的技術(shù)情況下還很難做到。使用銳光源，可以通過計算峰值吸收系數(shù)代替積分吸收。8-6 石墨爐原子化法的工作原理是什么？與火焰原子化法相比較，有什么優(yōu)缺點？為什么？答：石墨爐原子化法的工作原理為：它是利用電流直接加熱石墨爐以達(dá)到高溫（20003000）使被測元素原子化的方法。它在原子化過程中采用直接進(jìn)樣和程序升溫排除干擾并且使被測元素原子化。 與火焰原子化相比：優(yōu)點：（1）最大優(yōu)

13、點是注入的試樣幾乎可以完全原子化。特別是對于易形成耐熔氧化物的元素，由于沒有大量氧存在，并由石墨提供了大量碳，所以能夠得到較好的原子化效率。（2）原子在光路中的停留時間長，絕對靈敏度高。而火焰原子化法基態(tài)原子在光路中停留時間短，部分基態(tài)原子在火焰冷區(qū)域會重新結(jié)合成單氧化物，單氫氧化物和雙金屬氧化物。（3）用樣量少，可直接分析固態(tài)樣品，如塑料，纖維。而火焰原子化法則需要試樣為液態(tài)或氣態(tài)，使其與燃?xì)庖黄饑姵?。?）對均勻的懸浮物及乳濁液也可分析。（5）由于試樣完全蒸發(fā)，幾乎不存在基體效應(yīng)。因為在程序升溫過程中，在較高的溫度下使有機(jī)物或沸點低的無機(jī)物灰化以排除，減少基體組分對待測元素的干擾。而火焰原

14、子化法則無法直接消減其它元素的干擾，只能在試樣中加入其它試劑以抑制干擾。（6）可直接分析共振線位于遠(yuǎn)紫外區(qū)的非金屬元素。（7）具有較高且可調(diào)的原子化溫度，最高可達(dá)3400。缺點：（1）共存化合物的干擾比火焰原子化法大。當(dāng)共存分子產(chǎn)生的背景吸收較大時，要調(diào)節(jié)灰化溫度及時間，使背景分子吸收不與原子吸收重疊，并使用背景校正方法來校正之。 （2）由于取樣量少，進(jìn)樣量及注入管內(nèi)位置變動都會引起偏差，因而重現(xiàn)性要比火焰法差。8-7 說明在原子吸收分析中產(chǎn)生背景吸收的原因及影響，如何減免這一類影響？答：（1）火焰成分對光的吸收。由于火焰中OH、CH、CO等分子或基團(tuán)吸收光源輻射的結(jié)果。波長越短，火焰成分的吸

15、收越嚴(yán)重；一般可通過零點的調(diào)節(jié)來消除。 （2）金屬的鹵化物、氧化物、氫氧化物以及部分硫酸鹽和磷酸鹽分子對光的吸收。在低溫火焰中，影響較顯著。在高溫火焰中，由于分子分解而變的不明顯。堿土金屬的氧化物和氫氧化物分子在它們發(fā)射譜線的同一光譜區(qū)中呈現(xiàn)明顯吸收；可用高溫火焰來減少吸收。 （3）固體微粒對光的散射。當(dāng)進(jìn)行低含量或痕量分析時，大量基體成分進(jìn)入原子化器，這些基體成分在原子化過程中形成煙霧或固體微粒在光路中阻擋光束而發(fā)生的散射現(xiàn)象，此時將引致假吸收；分離基體成分以減少影響。8-10 要保證或提高原子吸收分析的靈敏度和準(zhǔn)確度，應(yīng)注意切哪些問題？怎樣選擇原子吸收光譜分析的最佳條件？答：為保證或提高原

16、子吸收分析的靈敏度和準(zhǔn)確度，就要恰當(dāng)?shù)倪x擇原子吸收分光光度的分析條件，包括分析線的選擇、空心陰極燈電流、火焰、燃燒器高度、狹縫寬度以及光源工作條件、供氣速度、燃?xì)馀c助燃?xì)饬髁勘鹊葘嶒灄l件。 最佳條件的選擇：（1）分析線：一般選擇待測元素的共振線，但測定高濃度樣品時，可選次靈敏線。若火焰穩(wěn)定性差時，需選用次靈敏線，對于微量元素，必須選用最強(qiáng)吸收線。（2）通帶：無鄰近干擾線時選擇較大通帶，0.4nm；有鄰近干擾線時選擇較小通帶，0.2nm。（3）空心陰極燈電流：在保證有穩(wěn)定和足夠的輻射光通量下，應(yīng)選擇較低燈電流。（4）火焰：對于易生成難解離化合物元素，應(yīng)選擇溫度高的乙炔空氣，以至乙炔氧化亞氮火焰；

17、反之，對于易電離元素，高溫火焰常引起嚴(yán)重的電離干擾，是不宜選用的。可歸納如下：測定Se、As用空氣氫火焰；測定Ca、Mg、Fe、Cu、Zn用空氣乙炔火焰；測定Al、Si、Cr、Mo、W用空氣乙炔，乙炔氧化亞氮火焰。（5）燃燒器高度：調(diào)節(jié)燃燒器高度，使空心陰極燈火焰通過自由原子濃度最大的火焰區(qū)。測定高濃度樣品時，可旋轉(zhuǎn)燃燒器角度，以保證靈敏度。8-14 用原子吸收光譜法分析尿試樣中銅的含量，分析線324.8nm。測得數(shù)據(jù)如下表所示，計算試樣中銅的質(zhì)量濃度（ug·mL-1）。解：設(shè)試樣銅的質(zhì)量濃度為Cx ug·mL-1由標(biāo)準(zhǔn)加入法得圖：AC/ ug·mL-1CX0.2

18、1.04.02.008.06.04.02.00.80.60.4由圖量得 Cx=3.6ug·mL-18-15 ug·mL-1的鉛溶液并稀釋至 10.0 mL，測得ASb/APb =0.808。另取相同濃度的銻和鉛溶掖，ASb/APb =1.31，計算未知液中銻的質(zhì)量濃度。解：設(shè)未知液中銻的質(zhì)量濃度為Cx ug·mL-1第一次：CSb1= = CPb1= =0.826 ug·mL-1ASb1= KSb ·CSb1 APb1= KPb· CPb1 = = = 0.808 Cx=1.335 第二次：CSb2 = CPb2ASb2= KSb &

19、#183;CSb2 APb2= KPb· CPb2 =1.31 =1.31 聯(lián)立 得 Cx=1.335×=1.019 ug·mL-1第九章 紫外吸收光譜分析9-2 電子躍遷有哪幾種類型？這些類型的躍遷各處于什么波長范圍？ 答：電子躍遷類型有：*、*、n*、n*，電荷遷移躍遷和配位場躍遷。其中：*：處于真空紫外區(qū)，10200nm*：處于近紫外區(qū)，200380nmn*：處于遠(yuǎn)紫外區(qū)和近紫外區(qū)，10380nmn*：處于近紫外區(qū)，200380nm電荷遷移躍遷：處于遠(yuǎn)紫外區(qū)和近紫外區(qū)，10380nm配位場躍遷：處于可見光區(qū)，380800nm9-7 異丙叉丙酮有兩種異構(gòu)體：C

20、H3C(CH3)=CHCOCH3及CH2=C(CH3)CH2COCH3。它們的紫外吸收光譜為：（a）最大吸收波長在235nm處，=12000L·mol-1·cm-1;(b)220nm以后沒有強(qiáng)吸收。如何根據(jù)這兩個光譜來判別上述異構(gòu)體？試說明理由。答：（a）是CH3C(CH3)=CHCOCH3；(b)是CH2=C(CH3)CH2COCH3由于（a）的最大吸收波長比(b)長，故體系能量較低，由于前一個異構(gòu)體中C=C鍵和C=O鍵形成共軛結(jié)構(gòu)，可形成比后一個異構(gòu)體更低的能量體系結(jié)構(gòu)，所以（a）為CH3C(CH3)=CHCOCH39-10 紫外及可見光分光光度計與可見光分光光度計比較

21、，有什么不同之處？為什么？ 答：不同之處：（1）光源：有鎢絲燈及氫燈（或氘燈）兩種，可見光區(qū)（3601000nm）使用鎢燈絲，紫外光區(qū)則用氫燈或氘燈。 （2）由于玻璃要吸收紫外線，所以單色器要用石英棱鏡（或光柵），溶液的吸收池也用石英制成。 （3）檢測器使用兩只光電管，一個是氮化銫光電管，用于6251000nm波長范圍，另一個是銻銫光電管，用于200625nm波長范圍，光電倍增管亦為常用的檢測器，其靈敏度比一般的光電管高2個數(shù)量級。第十章 紅外吸收光譜分析10-l產(chǎn)生紅外吸收的條件是什么？是否所有的分子振動都會產(chǎn)生紅外吸收光譜？為什么？答：紅外光譜是由于分子振動能級的躍遷（同時伴隨轉(zhuǎn)動能級躍遷

22、）而產(chǎn)生的。產(chǎn)生紅外吸收應(yīng)具備的兩個條件：（1）輻射應(yīng)具有剛好能滿足物質(zhì)躍遷時所需的能量。（2）輻射與物質(zhì)之間有偶合作用。 并不是所有的分子振動都會產(chǎn)生紅外吸收光譜。因為產(chǎn)生紅外吸收光譜必須滿足上述兩個條件。紅外輻射具有合適的能量，能導(dǎo)致振動躍遷的產(chǎn)生。當(dāng)一定頻率的紅外光照射分子時，如果分子中某個基團(tuán)的振動頻率和外界紅外輻射的頻率一致，就滿足第一個條件；為滿足第二個條件，分子必須有偶極矩的改變，只有發(fā)生偶極矩的變化的振動才能引起可觀測的紅外吸收譜帶。當(dāng)這兩個條件都滿足了，才會產(chǎn)生紅外吸收光譜。10-4 紅外光譜定性分析的基本依據(jù)是什么？簡要敘述紅外定性分析的過程。 答：紅外光譜定性分析是依據(jù)每一化合物都具有特異的紅外吸收光譜，其譜帶的位置、數(shù)目、形狀、和強(qiáng)度均隨化合物及其聚焦態(tài)的不同而不同。大致可分為官能團(tuán)定性和結(jié)構(gòu)分析定性兩方面。官能團(tuán)定性是根據(jù)化合物的紅外光譜的特征基團(tuán)頻率來檢測物質(zhì)